KR101380839B1 - 기름 수거용 구조체 및 기름 수거용 구조체의 제조방법 - Google Patents
기름 수거용 구조체 및 기름 수거용 구조체의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 기름 수거용 구조체 및 기름 수거용 구조체의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 친수성 고분자 층이 그물형 지지체의 표면에 코팅되고, 상기 친수성 고분자 층의 표면에 내수성 강화제가 더 코팅된 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체를 제공한다. 본 발명에 따른 기름 수거용 구조체는 물은 통과시키되, 기름만을 분리해내어 수거할 수 있으며, 이를 통해 2차적인 오염없이 수면에 존재하는 기름을 수거해낼 수 있다. 또한, 구조체의 표면에 형성된 친수성 고분자를 가교시켜 친수성 고분자가 물로 인하여 쉽게 제거되는 것을 방지하여 본 발명의 구조체의 사용기간을 더욱 연장시킬 수 있다.
Description
본 발명은 기름 수거용 구조체 및 기름 수거용 구조체의 제조방법에 관한 것이다.
바다는 지구 전체 표면적의 70%를 점유하고 있고, 다양한 생물자원과 광물자원이 풍부하여 인간이 생태 환경을 잘 보존해야할 자원의 보고이다. 그러나, 대규모 공단으로부터 유입되는 공장폐수, 대도시에서 배출되는 생활폐수, 농축산 활동으로 인한 비료 성분 및 인분에 의한 오염을 위시해서 대형 유조선 사고로 인한 기름 유출, 육상 유류 이동 중 기름 유출 등의 원인으로 급격히 해양 생태계가 황폐화되고 있다.
특히 해양사고로 인해 선박으로부터 유출된 기름은 유출사고 초기 뿐만 아니라 기름의 수거 후에도 장기간에 걸쳐 해양 생태계를 파괴하여 인류에 돌이킬 수 없은 재앙을 가져온다. 유출된 기름은 방제 및 정화작업을 통하여 일부 제거되기도 하지만, 대부분 복잡한 풍화과정을 거치면서 해양환경내에 잔류하여 각종 해양 생물에 치명적 피해를 주게 되므로 기름 유출시 효과적으로 신속하게 방제작업을 수행하는 것만이 피해를 최소화할 수 있다.
한편, 선박의 운항, 선박의 침몰사고, 육상에서의 유조차 사고, 정유시설, 유류저장고, 송유관, 주유소 등으로 인한 기름 유출시, 바다, 하천, 강물에 누출된 기름을 제거하는 방법으로는 원심분리식 또는 기계적으로 기름을 흡입하는 기름제거 장치 활용법, 화학/생화학적 처리법, 유출유 소각법 등이 이용되고 있으며,
특히 기름을 중화시키는 기름 유화제를 살포하는 방법, 기름 흡착포로 기름을 흡착한 후 이를 수거하여 처리하는 방법, 기름이 수면을 타고 번지지 않도록 기름 확산방지 펜스를 설치하는 방법이 이용되고 있다.
그러나, 기계 장치에 의한 흡입방식은 기름과 함께 물도 흡입되므로 기름을 효과적으로 처리하기 어려운 문제가 있다. 또한, 화학약품을 사용하여 수면상의 폐유를 제거하는 경우도 화학약품과 함께 기름이 함께 응고하여 침전되기 때문에 해수면의 기름을 제거한다고 하여도 침전된 잔류 기름에 의해 2차적 환경오염이 발생하는 문제가 있다. 또한, 기름 유화제를 살포하는 것은 기름을 중화시킬 수는 있지만 기름 유화제의 화학적 성분으로 인하여 수질이 오염되는 문제가 있고, 기름 확산방지 펜스를 설치하는 것은 수면에 떠있는 기름을 제거하지 못하는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 기름만을 흡유하는 흡유재가 활용되고 있으며, 이러한 흡유재로는 친유성 부직포, 또는 자체적으로 친유성 특성을 발현하는 카폭(kapok)과 같은 식물, 동물 털 등을 매트(mat) 형태로 제작한 흡유재 등이 활용되고 있다. 상기 친유성 부직포는 일반적으로 가늘게 방사된 폴리프로필렌 재질의 섬유를 니들 펀칭(needle punching)이란 방법으로 만든 일종의 압착솜이다. 상기 폴리프로필렌 섬유는 친유성을 나타내며, 섬유가 엉켜있음에 따라 매우 큰 표면적이 가지기 때문에 효과적으로 기름을 흡수할 수 있다. 그러나, 친유성 부직포와 같은 흡유재는 일반적으로 기름을 흡착시킨 후, 소각처리하는 과정에서 유독가스가 발생할 수 있는 단점이 있다.
또한, 국내에서 해양 기름 유출사고가 발생했을 경우의 일반적인 처리과정을 살펴보면 기름의 확산을 막기 위해 사고 지역에 큰 울타리, 즉 오일펜스을 설치해 기름을 가둬놓은 후, 기름덩어리를 걷어내는 도구인 스키머(scimmer)로 유출된 기름을 걷어내거나 흡착기로 빨아들인다. 그러나, 기름을 걷어낸 뒤에도 바다의 수면 위에는 오일필름이라는 엷은 기름막이 존재하며, 이러한 오일필름은 물속의 산소공급을 차단해 양식장을 황폐화시키는 문제가 있다. 따라서 해상 기름유출 사고시, 가장 많은 비용과 노력이 드는 것이 오일필름제거 과정이다.
한편, 대한민국 등록특허 제10-103211호에서는 해상 또는 강으로 유출된 기름을 흡수시키기 위해 폴리프로필렌과 오리, 거위, 닭 등의 우모(羽毛)를 혼합하여 휄트화하여 기름을 흡수시키는 방법이 개시된 바 있으며,
대한민국 등록특허 제10-0725240호에서는 기름 흡착재로써 페놀수지 발포체를 이용하여 유출된 기름을 흡착하는 방법이 개시된 바 있다.
또한, 미국 등록특허 제6,391,120호에서는 코코넛 껍질섬유(coconut coir pith)를 이용하여 기름유출시 기름을 흡착하는 방법이 개시된 바 있고,
미국 등록특허 제7,655,149호에서는 케나프 섬유다발(kenaf balls)을 이용하여 기름을 흡착하는 방법이 개시된 바 있으며,
미국 등록특허 제7,914,672호에서는 임계유체를 활용하여 기름을 얼린 후, 이를 제거하는 방법이 개시된 바 있다.
그러나, 상기 선행문헌에 개시된 방법들은 기름의 제거·수거에 국부적으로 활용할 수는 있지만, 경제성이 부족한 문제가 있다.
이에, 본 발명자들은 효과적으로 기름을 수거하기 위한 방법을 연구하던 중, 그물형 지지체에 친수성 고분자 층을 코팅하여 지지체 사이로 물을 통과시키되, 기름만을 분리하여 수거해낼 수 있는 구조체를 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 기름 수거용 구조체 및 기름 수거용 구조체의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
친수성 고분자 층이 그물형 지지체의 표면에 코팅되고, 상기 친수성 고분자 층의 표면에 내수성 강화제가 더 코팅된 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체를 제공한다.
또한, 본 발명은
그물형 지지체의 표면에 친수성 고분자 층을 코팅하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 코팅된 친수성 고분자 층의 표면에 내수성 강화제 용액을 분사하는 단계(단계 2);를 포함하는 기름 수거용 구조체의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은
상기 기름 수거용 구조체를 이용하여 수면상에 존재하는 기름을 수거하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 기름 수거용 구조체는 물은 통과시키되, 기름만을 분리해내어 수거할 수 있으며, 이를 통해 2차적인 오염없이 수면에 존재하는 기름을 수거해낼 수 있다. 또한, 구조체의 표면에 형성된 친수성 고분자를 가교시켜 친수성 고분자가 물로 인하여 쉽게 제거되는 것을 방지하여 본 발명의 구조체의 사용기간을 더욱 연장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 기름 수거용 구조체를 개략적으로 나타낸 그림이고;
도 2는 친수성 고분자의 가교에 따른 내구성 변화를 나타낸 그래프이고;
도 3은 내수성 강화제의 첨가에 따른 내구성 변화를 나타낸 그래프이고;
도 4 및 도 5는 실시예 1, 2, 3, 5, 6 및 7의 친수성 고분자 층과, 비교예 1 내지 6의 친수성 고분자 층의 접촉각을 측정한 그래프이고;
도 6은 기름 분리 특성 평가를 위해 기름 수거용 구조체를 비이커 및 투명용기와 결합시킨 것을 나타낸 사진이고;
도 7은 친수성 고분자가 코팅되지 않은 철망(대조군)을 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 8은 비교예 3에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 9는 비교예 2에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 10은 비교예 1에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 11은 실시예 3에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 12는 실시예 2에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 13은 실시예 1에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 14는 비교예 8에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 15는 비교예 9에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 16은 비교예 10에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 17은 실시예 4에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 18은 실시예 5에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 19는 실시예 6에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 20은 실시예 7에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 2는 친수성 고분자의 가교에 따른 내구성 변화를 나타낸 그래프이고;
도 3은 내수성 강화제의 첨가에 따른 내구성 변화를 나타낸 그래프이고;
도 4 및 도 5는 실시예 1, 2, 3, 5, 6 및 7의 친수성 고분자 층과, 비교예 1 내지 6의 친수성 고분자 층의 접촉각을 측정한 그래프이고;
도 6은 기름 분리 특성 평가를 위해 기름 수거용 구조체를 비이커 및 투명용기와 결합시킨 것을 나타낸 사진이고;
도 7은 친수성 고분자가 코팅되지 않은 철망(대조군)을 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 8은 비교예 3에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 9는 비교예 2에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 10은 비교예 1에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 11은 실시예 3에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 12는 실시예 2에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 13은 실시예 1에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 14는 비교예 8에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 15는 비교예 9에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 16은 비교예 10에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 17은 실시예 4에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 18은 실시예 5에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 19는 실시예 6에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
도 20은 실시예 7에서 제조된 구조체를 이용하여 기름을 분리한 결과를 나타낸 사진이고;
본 발명은
친수성 고분자 층이 그물형 지지체의 표면에 코팅되고, 상기 친수성 고분자 층의 표면에 내수성 강화제가 더 코팅된 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체를 제공한다. 본 발명에 따른 기름 수거용 구조체는 도 1의 그림을 통해 개략적으로 나타내었다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 기름 수거용 구조체(10)는 그물형 지지체(11)의 표면에 친수성 고분자 층(12)이 코팅되어 있다. 즉, 상기 친수성 고분자 층(12)이 지지체의 표면에 층을 이루어 구비됨으로써 그물형 지지체의 메쉬(mesh) 사이로 물은 통과시키되 기름은 통과하지 못하며, 이를 통해 기름만을 효과적으로 수거할 수 있다.
이때, 상기 그물형 지지체(11)는 금속 재질의 그물망, 부직포 등을 사용할 수 있으며, 지지체의 강도 측면에서 금속 재질의 그물망을 사용하는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 그물형 지지체(11)는 구형 또는 다각형의 형태일 수 있으며, 바람직하게는 원형 또는 사각형일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 재질의 그물망은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 티타늄 등의 금속 재질인 것이 바람직하며, 그 강도가 우수하며 물에 대한 내부식성이 우수하고 가격이 저렴한 스테인리스 스틸을 사용하는 것이 더욱 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 그물형 지지체는 10 내지 500 메쉬(mesh)인 그물형상인 것이 바람직하다. 상기 그물형 지지체가 500 메쉬를 초과하는 경우에는 과도하게 메쉬의 크기가 과도하게 작아 친수성 고분자에 의하여 메쉬가 폐쇄되는 문제가 있으며, 상기 그물형 지지체가 10 메쉬 미만인 경우에는 메쉬의 크기가 과도하게 커 기름만을 분리해내기 어려운 문제가 있다.
한편, 본 발명에 따른 기름 수거용 구조체에 있어서, 상기 친수성 고분자로는 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐아세테이트(PVAc), (폴리비닐피롤리돈(PVP) 및 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 사용할 수 있다.
또한, 상기 친수성 고분자 층 상부로는 내수성 강화제가 코팅되어 형성되며, 상기 내수성 강화제는 상기 친수성 고분자 층의 표면의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 상기 친수성 고분자 층 상부로 내수성 강화제가 코팅됨으로써 내수성이 더욱 향상되며, 이에 따라 친수성 고분자 층이 물에 의하여 벗겨지거나 용해되는 것을 방지할 수 있어 상기 구조체의 사용수명을 더욱 연장시킬 수 있다.
이때, 상기 내수성 강화제로는 황산알루미늄 또는 에틸렌카보네이트를 사용할 수 있으며, 황산알루미늄 및 에틸렌카보네이트를 함께 사용하는 것이 더욱 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 친수성 고분자와 반응하여 친수성 고분자의 내수성을 향상시킬 수 있는 물질들을 적절히 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기름 수거용 구조체는 에틸렌카보네이트와 같은 내수성 강화제를 사용하여 내수성이 강화됨과 동시에, 기름을 분리하기에 충분한 친수성을 나타낼 수 있으며, 이는 카보네이트의 에스테르 기로 인하여 친수성을 가짐과 동시에 가교구조 형성이 용이하기 때문에 물에 쉽게 녹지 않기 때문이다.
한편, 상기 친수성 고분자 층은 가교되는 것이 바람직하다. 상기 친수성 고분자 층이 가교됨으로써 물에 대한 일정 수준의 강도 및 내수성을 나타낼 수 있으며, 이를 통해 본 발명에 따른 기름 수거용 구조체의 사용수명이 더욱 연장될 수 있다.
또한, 본 발명은
그물형 지지체의 표면에 친수성 고분자 층을 코팅하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 코팅된 친수성 고분자 층의 표면에 내수성 강화제 용액을 분사하는 단계(단계 2);를 포함하는 기름 수거용 구조체의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 기름 수거용 구조체의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 기름 수거용 구조체의 제조방법에 있어서, 단계 1은 그물형 지지체의 표면에 친수성 고분자 층을 코팅하는 단계이다.
이때, 상기 그물형 지지체는 금속 재질의 그물망, 부직포 등을 사용할 수 있으며, 지지체의 강도 측면에서 스테인리스 스틸, 알루미늄, 티타늄 등의 금속 재질인 것이 바람직하며, 그 강도가 우수하며 물에 대한 내부식성이 우수하고 가격이 저렴한 스테인리스 스틸을 사용하는 것이 더욱 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 그물형 지지체는 10 내지 500 메쉬(mesh)인 그물형상인 것이 바람직하다. 상기 그물형 지지체가 500 메쉬를 초과하는 경우에는 과도하게 메쉬의 크기가 과도하게 작아 친수성 고분자에 의하여 메쉬가 폐쇄되는 문제가 있으며, 상기 그물형 지지체가 10 메쉬 미만인 경우에는 메쉬의 크기가 과도하게 커 기름만을 분리해내기 어려운 문제가 있다.
나아가, 상기 단계 1의 친수성 고분자 층 코팅은 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐아세테이트(PVAc), (폴리비닐피롤리돈(PVP) 및 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조하고, 제조된 고분자 용액을 그물형 지지체에 코팅함으로써 수행될 수 있다.
이때, 상기 고분자 용액은 친수성 고분자를 10 내지 50 중량%의 조성으로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 고분자 용액이 10 중량% 미만의 친수성 고분자를 포함하는 경우, 친수성 고분자 층이 과도하게 얇은 두께로 형성되며, 이에 따라 기름을 분리해내기에 충분한 친수성을 나타낼 수 없는 문제가 있다. 또한, 상기 고분자 용액이 50 중량%의 친수성 고분자를 포함하는 경우에는 과도한 친수성 고분자가 포함됨에 따라 그물형 지지체로의 코팅이 용이하지 않은 문제가 있다.
본 발명에 따른 기름 수거용 구조체의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 코팅된 친수성 고분자 층의 표면에 내수성 강화제 용액을 분사하는 단계이다.
상기 단계 2의 내수성 강화제는 친수성 고분자 층의 내수성을 향상시키기 위한 것으로, 상기 내수성 강화제에 의해 친수성 고분자 층의 내수성이 향상되어 기름 수거용 구조체를 더욱 오랜 기간 사용하는 것이 가능하다.
이때, 상기 내수성 강화제로는 황산알루미늄 또는 에틸렌카보네이트를 사용할 수 있으며, 황산알루미늄 및 에틸렌카보네이트를 함께 사용하는 것이 더욱 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 친수성 고분자와 반응하여 친수성 고분자의 내수성을 향상시킬 수 있는 물질들을 적절히 사용할 수 있다.
또한, 상기 내수성 강화제 용액은 상기 내수성 강화제를 10 내지 20 중량%의 조성으로 포함한다. 이때, 상기 내수성 강화제 용액이 내수성 강화제를 10 중량% 미만의 조성으로 포함하는 경우에는 내수성 강화제에 의한 강화효과가 충분히 발현되지 않는 문제가 있으며, 상기 수용액이 내수성 강화제를 20 중량%를 초과하는 조성으로 포함하는 경우에는 과량의 내수성 강화제가 첨가됨에 따라 내수성 강화와 동시에 친수성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 기름 수거용 구조체의 제조방법은 단계 2의 내수성 강화제 용액을 분사하기 전, 상기 단계 1에서 코팅된 친수성 고분자를 가교시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 가교를 통해 친수성 고분자 층의 강도 및 내수성을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 기름 수거용 구조체의 사용수명을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 가교는 방사선 조사에 의하여 수행되는 것이 바람직하며, 상기 방사선 조사는 10 내지 100 kGy의 조사량으로 수행되는 것이 바람직하다. 상기 방사선 조사가 10 kGy 미만의 조사량으로 수행되는 경우에는 친수성 고분자의 가교가 원활하게 수행되지 않는 문제가 있으며, 상기 방사선 조사가 100 kGy를 초과하는 조사량으로 수행되는 경우에는 과도한 량의 방사선이 조사됨에 따른 경제적 손실이 발생하는 문제가 있다.
나아가, 본 발명은
상기 기름 수거용 구조체를 이용하여 수면상에 존재하는 기름을 수거하는 방법을 제공한다.
상기 기름 수거용 구조체는 그물형 지지체의 표면에 친수성 고분자 층이 코팅된 것으로써, 물은 통과시키되 기름은 통과하지 못하며, 이를 통해 기름만을 효과적으로 수거할 수 있다. 따라서, 상기 기름 수거용 구조체를 수면상에 존재하는 기름 수거에 이용함으로써 종래의 흡유제, 오일펜스 등을 대체하여 효과적으로 유출된 기름을 수거할 수 있다.
이때, 상기 기름의 수거는 기름 수거용 구조체를 선박의 후미에 구비시킨 후 수행될 수 있으며, 기름이 유출된 구역으로 선박이 운행되는 것만으로도 유출된 기름을 효과적으로 수거할 수 있다. 그러나, 본 발명의 수거방법이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 구조체를 적용할 수 있는 적절한 수단 또는 도구를 이용하여 유출된 기름을 수거할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 기름 수거용 구조체의 제조 1
단계 1 : 폴리비닐알코올 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 15 중량% 및 정제수 65 중량%를 교반기를 이용하여 2000 rpm의 속도로 1시간 동안 교반하였으며, 이를 200 메쉬(mesh) 스테인리스 철망에 코팅하였다. 이후, 철망을 80 ℃의 오븐 내에서 약 1시간 동안 건조시켜 친수성 고분자 층을 형성시켰다.
단계 2: 황산알루미늄 10 중량%, 에틸렌카보네이트 5 중량% 및 정제수 85 중량%를 교반기를 이용하여 500 rpm의 속도로 1시간 동안 교반하였으며, 이를 상기 단계 1에서 형성된 친수성 고분자 층에 분사하였다. 이후, 철망을 80 ℃의 오븐 내에서 약 1시간 동안 건조하였으며, 이를 통해 본 발명에 따른 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 2> 기름 수거용 구조체의 제조 2
상기 실시예 1의 단계 2에서 황산알루미늄 10 중량%, 에틸렌카보네이트 3 중량% 및 정제수 87 중량%를 교반한 후, 이를 친수성 고분자 층에 분사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 3> 기름 수거용 구조체의 제조 3
상기 실시예 1의 단계 2에서 황산알루미늄 10 중량%, 에틸렌카보네이트 1 중량% 및 정제수 89 중량%를 교반한 후, 이를 친수성 고분자 층에 분사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 4> 기름 수거용 구조체의 제조 4
상기 실시예 1의 단계 1에서 폴리비닐알코올 대신 폴리아크릴산 20 중량%을 사용하고, 단계 2에서 황산알루미늄 10 중량% 및 정제수 90 중량%를 교반하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 5> 기름 수거용 구조체의 제조 5
상기 실시예 3의 단계 1에서 폴리비닐알코올 대신 폴리아크릴산 20 중량%을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 수행하여 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 6> 기름 수거용 구조체의 제조 6
상기 실시예 2의 단계 1에서 폴리비닐알코올 대신 폴리아크릴산 20 중량%을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 수행하여 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 7> 기름 수거용 구조체의 제조 7
상기 실시예 1의 단계 1에서 폴리비닐알코올 대신 폴리아크릴산 20 중량%을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 8> 기름 수거용 구조체의 제조 8
단계 1 : 폴리아크릴산 15 중량%, 폴리에틸렌글리콜 15 중량% 및 정제수 70 중량%를 교반기를 이용하여 2000 rpm의 속도로 1시간 동안 교반하였으며, 이를 200 메쉬(mesh) 스테인리스 철망에 코팅하였다. 이후, 철망을 80 ℃의 오븐 내에서 약 1시간 동안 건조시켜 친수성 고분자 층을 형성시켰다.
단계 2: 황산알루미늄 10 중량% 및 정제수 90 중량%를 교반기를 이용하여 500 rpm의 속도로 1시간 동안 교반하였으며, 이를 상기 단계 1에서 형성된 친수성 고분자 층에 분사하였다. 이후, 철망을 80 ℃의 오븐 내에서 약 1시간 동안 건조하였으며, 이를 통해 본 발명에 따른 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 9> 기름 수거용 구조체의 제조 9
상기 실시예 8의 단계 2에서 황산알루미늄 10 중량%, 에틸렌카보네이트 1 중량% 및 정제수 89 중량%를 교반하여 친수성 고분자 층에 분사한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일하게 수행하여 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 10> 기름 수거용 구조체의 제조 10
상기 실시예 8의 단계 2에서 황산알루미늄 10 중량%, 에틸렌카보네이트 3 중량% 및 정제수 87 중량%를 교반하여 친수성 고분자 층에 분사한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일하게 수행하여 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 11> 기름 수거용 구조체의 제조 11
상기 실시예 8의 단계 2에서 황산알루미늄 10 중량%, 에틸렌카보네이트 5 중량% 및 정제수 85 중량%를 교반하여 친수성 고분자 층에 분사한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일하게 수행하여 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 12> 기름 수거용 구조체의 제조 12
단계 1 : 폴리아크릴산 10 중량%, 폴리에틸렌글리콜 15 중량% 및 정제수 75 중량%를 교반기를 이용하여 2000 rpm의 속도로 1시간 동안 교반하였으며, 이를 200 메쉬(mesh) 스테인리스 철망에 코팅하였다. 이후, 철망을 80 ℃의 오븐 내에서 약 1시간 동안 건조시켜 친수성 고분자 층을 형성시켰다.
단계 2: 황산알루미늄 10 중량% 및 정제수 90 중량%를 교반기를 이용하여 500 rpm의 속도로 1시간 동안 교반하였으며, 이를 상기 단계 1에서 형성된 친수성 고분자 층에 분사하였다. 이후, 철망을 80 ℃의 오븐 내에서 약 1시간 동안 건조하였으며, 이를 통해 본 발명에 따른 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 13> 기름 수거용 구조체의 제조 13
상기 실시예 12의 단계 2에서 황산알루미늄 10 중량%, 에틸렌카보네이트 1 중량% 및 정제수 89 중량%를 교반하여 친수성 고분자 층에 분사한 것을 제외하고는 상기 실시예 12와 동일하게 수행하여 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 14> 기름 수거용 구조체의 제조 14
상기 실시예 12의 단계 2에서 황산알루미늄 10 중량%, 에틸렌카보네이트 3 중량% 및 정제수 87 중량%를 교반하여 친수성 고분자 층에 분사한 것을 제외하고는 상기 실시예 12와 동일하게 수행하여 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<실시예 15> 기름 수거용 구조체의 제조 15
상기 실시예 12의 단계 2에서 황산알루미늄 10 중량%, 에틸렌카보네이트 5 중량% 및 정제수 85 중량%를 교반하여 친수성 고분자 층에 분사한 것을 제외하고는 상기 실시예 12와 동일하게 수행하여 기름 수거용 구조체를 제조하였다.
<비교예 1>
폴리비닐알코올 20 중량%, 정제수 80 중량%를 교반기를 이용하여 2000 rpm의 속도로 1시간 동안 교반한 후, 이를 200 메시 스테인리스 철망에 코팅하였다. 이후, 철망을 80 ℃의 오븐 내에서 약 1시간 동안 건조시켜 친수성 고분자 층을 형성시켰다.
<비교예 2>
상기 비교예 1에서 폴리비닐알코올 15 중량%, 정제수 85 중량%를 교반한 후, 이를 코팅한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였다.
<비교예 3>
상기 비교예 1에서 폴리비닐알코올 10 중량%, 정제수 90 중량%를 교반한 후, 이를 코팅한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였다.
<비교예 4>
상기 비교예 1에서 폴리비닐알코올 5 중량%, 정제수 95 중량%를 교반한 후, 이를 코팅한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였다.
<비교예 5>
상기 비교예 1에서 폴리비닐알코올 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 5 중량% 및 정제수 75 중량%를 교반한 후, 이를 코팅한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였다.
<비교예 6>
상기 비교예 1에서 폴리비닐알코올 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 10 중량% 및 정제수 70 중량%를 교반한 후, 이를 코팅한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였다.
<비교예 7>
상기 비교예 1에서 폴리비닐알코올 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 15 중량% 및 정제수 65 중량%를 교반한 후, 이를 코팅한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였다.
<비교예 8>
상기 비교예 1에서 폴리아크릴산 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 15 중량% 및 정제수 65 중량%를 교반한 후, 이를 코팅한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였다.
<비교예 9>
상기 비교예 1에서 폴리아크릴산 15 중량%, 폴리에틸렌글리콜 15 중량% 및 정제수 70 중량%를 교반한 후, 이를 코팅한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였다.
<비교예 10>
상기 비교예 1에서 폴리아크릴산 10 중량%, 폴리에틸렌글리콜 15 중량% 및 정제수 75 중량%를 교반한 후, 이를 코팅한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였다.
상기 실시예 1 내지 15와, 비교예 1 내지 10에서 사용된 친수성 고분자 용액 및 내수성 강화제(황산알루미늄 및 에틸렌카보네이트) 용액의 조성을 하기 표 1에 정리하여 나타내었다.
| 중량% | |||||||
| 친수성 고분자 용액 | 내수성 강화제 용액 | ||||||
| 폴리비닐 알코올 |
폴리 아크릴산 |
폴리에틸렌 글리콜 |
정제수 | 황산 알루미늄 |
에틸렌 카보네이트 |
정제수 | |
| 실시예 1 | 20 | - | 15 | 65 | 10 | 5 | 85 |
| 실시예 2 | 20 | - | 15 | 65 | 10 | 3 | 87 |
| 실시예 3 | 20 | - | 15 | 65 | 10 | 1 | 89 |
| 실시예 4 | - | 20 | 15 | 65 | 10 | 0 | 90 |
| 실시예 5 | - | 20 | 15 | 65 | 10 | 1 | 89 |
| 실시예 6 | - | 20 | 15 | 65 | 10 | 3 | 87 |
| 실시예 7 | - | 20 | 15 | 65 | 10 | 5 | 85 |
| 실시예 8 | - | 15 | 15 | 70 | 10 | 0 | 90 |
| 실시예 9 | - | 15 | 15 | 70 | 10 | 1 | 89 |
| 실시예 10 | - | 15 | 15 | 70 | 10 | 3 | 87 |
| 실시예 11 | - | 15 | 15 | 70 | 10 | 5 | 85 |
| 실시예 12 | - | 10 | 15 | 75 | 10 | - | 90 |
| 실시예 13 | - | 10 | 15 | 75 | 10 | 1 | 89 |
| 실시예 14 | - | 10 | 15 | 75 | 10 | 3 | 87 |
| 실시예 15 | - | 10 | 15 | 75 | 10 | 5 | 89 |
| 비교예 1 | 20 | - | - | 80 | - | - | - |
| 비교예 2 | 15 | - | - | 85 | - | - | - |
| 비교예 3 | 10 | - | - | 90 | - | - | - |
| 비교예 4 | 5 | - | - | 95 | - | - | - |
| 비교예 5 | 20 | - | 5 | 75 | - | - | - |
| 비교예 6 | 20 | - | 10 | 70 | - | - | - |
| 비교예 7 | 20 | - | 15 | 65 | - | - | - |
| 비교예 8 | - | 20 | 15 | 65 | - | - | - |
| 비교예 9 | - | 15 | 15 | 70 | - | - | - |
| 비교예 10 | - | 10 | 15 | 75 | - | - | - |
분석
(1)
가교여부에
따른 친수성 고분자의 내구성 변화 측정
친수성 고분자를 가교시킴에 따른 친수성 고분자의 내구성 즉, 내수성 변화를 측정하기 위하여, 금속 지지체에 친수성 고분자 층을 형성시킨 후 50 kGy의 전자선을 조사하여 가교시켰고, 이를 정제수가 담긴 수조에서 1000 rpm의 속도로 24 시간 동안 세척하였으며, 이를 건조하여 세척 전 후의 무게변화를 측정하여 친수성 고분자의 잔류량을 분석하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
(1번 시료 : 폴리비닐알코올 20 중량%, 정제수 80 중량%; 2번 시료 : 폴리비닐알코올 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 5 중량% 및 정제수 75 중량%; 3번 시료 : 폴리비닐알코올 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 10 중량% 및 정제수 70 중량%; 4번 시료 : 폴리비닐알코올 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 15 중량% 및 정제수 65 중량%)
도 2에 나타낸 바와 같이, 방사선이 조사되지 않는 1 내지 4번 시료의 경우 세척 후 잔량이 약 10 % 정도인 것을 알 수 있다. 즉, 세척과정 중 친수성 고분자 층의 대부분이 씻겨져 벗겨진 것을 알 수 있다. 반면 가교된 1 내지 4번 시료의 경우 세척 후 잔량이 약 90 % 정도인 것을 알 수 있으며, 이를 통해 친수성 고분자를 가교시키는 경우, 내수성이 향상되어 친수성 고분자가 물에 쉽게 씻겨져 벗겨지지 않음을 확인하였다.
(2)내수성 강화제 첨가에 따른 친수성 고분자의 내구성 변화 측정
상기 실시예 4 내지 15의 내수성 강화제가 첨가된 친수성 고분자 층과, 비교예 8 내지 10의 내수성 강화제가 첨가되지 않은 친수성 고분자 층을 정제수가 담긴 수조에서 1000 rpm의 속도로 24 시간 동안 세척하였으며, 이를 건조하여 세척 전 후의 무게변화를 측정하여 친수성 고분자의 잔류량을 분석하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 4 내지 15의 친수성 고분자 층은 비교예 8 내지 10의 친수성 고분자 층과 비교하여 월등하게 높은 잔량 비율을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 첨가된 내수성 강화제(에틸렌카보네이트)의 함량이 증가함에 따라 잔량이 더욱 높아짐을 알 수 있으며, 이를 통해 내수성 강화제에 의하여 상기 친수성 고분자의 내구성 즉, 내수성이 향상됨을 확인하였다.
(3)친수성 고분자 층의
접촉각
분석
상기 실시예 1, 2, 3, 5, 6 및 7에서 형성된 친수성 고분자 층과, 비교예 1 내지 7에서 형성된 친수성 고분자 층의 접촉각을 분석하였고, 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 6에서 형성된 친수성 고분자 층은 모두 최대 40 °의 접촉각을 나타내어 친수성을 띄는 것을 알 수 있다. 이때, 내수성 강화제인 에틸렌카보네이트 첨가량이 증가할수록 접촉각이 낮아지는 것을 알 수 있다.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 내지 7에서 친수성 고분자의 함량이 증가함에 따라, 형성된 친수성 고분자 층의 접촉각이 낮아지는 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 결과를 통해 내수성 강화제의 첨가량을 적절히 조절하여 과량의 강화제 첨가에 따른 친수성 저하문제를 방지할 수 있음을 확인하였고, 친수성 고분자 함량에 따라 접촉각 즉, 친수성의 정도가 변화하는 것을 확인하였다.
<실험예 1> 기름분리 특성 평가
(1) 친수성 고분자 막에 의한 기름 분리 특성 평가 1
친수성 고분자 막에 의한 기름 분리 특성을 평가하기 위하여, 상기 실시예 1 내지 3에서 제조된 기름 수거용 구조체와, 비교예 1 내지 3에서 제조된 구조체를 이용하여 증류수 100 ml와 대두유 100 ml의 혼합용액을 분리하였다. 이때, 도 6의 사진에 나타낸 바와 같이 기름 수거용 구조체를 비커 및 투명용기와 결합시켜 분리를 수행하였으며, 분리 결과를 도 7 내지 13에 나타내었다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 친수성 고분자 층이 코팅되지 않은 200 메쉬(mesh) 스테인리스 철망(대조군)은 기름을 전혀 분리하지 못하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 8 내지 10에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 내지 3에서 제조된 구조체는 일부 기름을 분리해낼 수는 있으나, 완전한 분리가 이루어지지 않음을 알 수 있으며, 이는 친수성 고분자의 함량이 부족함에 따라 기름을 분리하기에 충분한 친수성을 발현하지 못하였기 때문으로 예측된다.
반면, 도 11 내지 13에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 3에서 제조된 구조체는 기름이 대부분 분리되는 것을 알 수 있으며, 내수성 강화제인 에틸렌카보네이트 첨가량이 증가할수록 기름이 더욱 잘 분리되는 것을 알 수 있다.
상기 결과를 통해, 본 발명에 따른 기름 수거용 구조체를 이용하여 효과적으로 기름을 분리해낼 수 있음을 확인하였고, 상기 에틸렌카보네이트의 첨가에 따라 기름을 더욱 효과적으로 분리해낼 수 있음을 확인하였다.
(2) 친수성 고분자 막에 의한 기름 분리 특성 평가 2
실시예 4 내지 7에서 제조된 기름 수거용 구조체와, 비교예 8 내지 10에서 제조된 구조체를 이용하여 증류수 100 ml와 대두유 100 ml의 혼합용액을 분리하였으며, 분리 결과를 도 14 내지 20에 나타내었다.
도 14 내지 16에 나타낸 바와 같이, 비교예 8 내지 10의 구조체는 일부 기름을 분리해낼 수 있지만, 혼합용액의 기름 모두를 분리해지는 못하는 것을 알 수 있다.
반면, 도 17 내지 20에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 4 내지 7에서 제조된 기름 수거용 구조체는 혼합용액의 기름이 모두 분리되는 것을 알 수 있다.
상기 결과를 통해, 내수성 강화제의 첨가에 따라 친수성 고분자 막의 내수성 외에도 기름의 분리능이 향상되는 것을 확인하였으며, 이를 통해 본 발명에 따른 기름 수거용 구조체가 기름 수거에 효과적으로 이용될 수 있음을 예측할 수 있다.
10 : 기름 수거용 구조체
11 : 그물형 지지체
12 : 친수성 고분자 층
11 : 그물형 지지체
12 : 친수성 고분자 층
Claims (16)
- 친수성 고분자 층이 그물형 지지체의 표면에 코팅되고, 상기 친수성 고분자 층의 표면에 황산알루미늄 또는 에틸렌카보네이트를 포함하는 내수성 강화제가 더 코팅된 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 그물형 지지체는 금속 재질의 그물망 또는 부직포인 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체.
- 제2항에 있어서, 상기 금속은 스테인리스 스틸, 알루미늄 및 티타늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 그물형 지지체는 10 내지 500 메쉬(mesh)인 그물형상인 것을 특징으로 기름 수거용 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 친수성 고분자는 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 친수성 고분자 층은 가교된 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 내수성 강화제는 황산알루미늄 및 에틸렌카보네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 내수성 강화제는 상기 친수성 고분자 층의 표면 중 적어도 일부에 형성되는 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체.
- 그물형 지지체의 표면에 친수성 고분자 층을 코팅하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 코팅된 친수성 고분자 층의 표면에 황산알루미늄 또는 에틸렌카보네이트를 포함하는 내수성 강화제 용액을 분사하는 단계(단계 2);를 포함하는 기름 수거용 구조체의 제조방법.
- 제9항에 있어서, 상기 단계 1의 코팅은 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 용매에 용해시켜 제조된 고분자 용액을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체의 제조방법.
- 제10항에 있어서, 상기 고분자 용액은 10 내지 50 중량%의 조성으로 친수성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체의 제조방법.
- 제9항에 있어서, 상기 단계 2의 내수성 강화제 용액은 황산알루미늄 또는 에틸렌카보네이트를 포함하는 내수성 강화제를 10 내지 20 중량%의 조성으로 포함하는 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체의 제조방법.
- 제9항에 있어서, 상기 제조방법은 단계 2의 내수성 강화제를 첨가하기 전, 친수성 고분자를 가교시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체의 제조방법.
- 제13항에 있어서, 상기 가교는 방사선 조사에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체의 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 방사선 조사는 10 내지 100 kGy의 조사량으로 수행되는 것을 특징으로 하는 기름 수거용 구조체의 제조방법.
- 제1항의 기름 수거용 구조체를 이용하여 수면상에 존재하는 기름을 수거하는 방법.
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